CN219208869U - 一种力量训练器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种力量训练器，涉及锻炼设备领域，其包括安装载体、卷线装置和阻力装置；卷线装置设置于安装载体内，并包括外壳、转动连接于外壳上的卷线轮及绕设于卷线轮上的拉绳；阻力装置包括：定子和转子，定子包括线圈支架、线圈和铁芯，线圈支架相对固定体固定，线圈绕设在线圈支架上，并形成三相线圈，铁芯位于线圈支架内部并位于线圈内侧；转子包括转盘、磁铁和磁轭，转盘数量至少为两个，并分别位于定子的轴向两端，转盘转动连接于线圈支架或安装载体上，并与卷线轮传动连接，转盘之间相对平行且固定。本实用新型的力量训练器的阻力装置因齿槽转矩较小而提升了操作的顺畅性，且可以通过电流精准控制输出。

Description

一种力量训练器

技术领域

本实用新型涉及锻炼设备领域，具体涉及一种力量训练器。

背景技术

力量训练器是力量训练设备的一种，其主要包括拉绳、卷线装置和阻力装置，拉绳用于供锻炼者操作，卷线装置供拉绳卷绕并对拉出后的拉绳进行复位，阻力装置主要包括为拉绳提供阻力的电机，电机的输出轴轴与卷线装置的卷线轮连接，锻炼时，锻炼者拉动拉绳可带动电机轴旋转，而力量训练所需的阻力可以通过调整电机输出进行控制。

相关技术中，力量训练器使用的电机包括电机轴、套于电机轴下端的从动齿轮、与机架固定连接的定子和与电机轴固定连接的可相对定子旋转的转子，其中，转子包括设置有定子容置腔且与电机轴固定连接且随电机轴旋转的转子固定体、位于定子容置腔的侧壁的磁铁；定子包括收容于定子容置腔内的定子座、固定于定子座外侧且收容于定子容置腔内的定子铁芯及缠绕于定子上的铜线。该电机的铁芯与磁铁之间互相作用，产生较大的齿槽转矩，该齿槽转矩使拉绳拉动电机转动的过程中容易产生振动和噪音，并出现转速拨动，让电机不能平稳运行，进而使力量训练器拉动不够顺畅。同时，相关技术的力量训练器使用的电机通过径向磁场作用，其磁场强度的稳定性受齿槽转矩影响较大，存在较大损耗，根据安培力f＝IBLsinα，线圈处磁场强度B不稳定会造成安培力f无法通过线圈控制电流I进行精准控制，进而无法精准调节力量训练器的阻力。

综上所述，发明人在实现本实用新型的技术方案时，发现现有力量训练装置存在以下技术问题：

现有力量训练器因电机齿槽转矩较大而操作不够顺畅，且无法通过电流精准控制输出的问题。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

本实用新型提供了一种力量训练器，至少解决现有力量训练器因电机齿槽转矩较大而影响操作的顺畅性，且无法通过电流精准控制输出的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种力量训练器，包括：

安装载体；

卷线装置，设置于所述安装载体内，并包括外壳、转动连接于外壳上的卷线轮及绕设于卷线轮上的拉绳；

阻力装置，包括：

定子，该定子包括：铁芯、线圈支架、线圈和固定体，所述铁芯为环形铁芯，设置于线圈支架内部，所述线圈沿铁芯的径向方向绕设于线圈支架外表面，所述固定体设置于线圈支架外部；

转子，该转子包括：转盘和磁铁，所述转盘数量至少为两个，并分别位于所述定子轴向两端，转盘之间相对平行且固定，所述磁铁设置于所述转盘的圆周上，同一所述转盘上间隔设置有磁极朝向相反的若干磁铁，两个所述转盘上的磁铁之间相对轴向设置，且一对磁铁的相对端的极性相同；

所述定子与转子之间形成轴向磁场。

一些实施方式中，所述转子还包括磁轭，所述磁轭设置于转盘上，并位于所述磁铁背离定子一侧。

一些实施方式中，所述固定体为定子机座，该定子机座包括互相连接的上壳体和下壳体，上壳体和下壳体之间形成容置所述线圈的环形槽，所述定子机座在环形槽内、外圆周上开设有卡槽；所述线圈支架包括位于环形槽内的环形线圈支架主体和沿线圈支架主体周向间隔设置的卡块，所述线圈支架通过所述卡块与卡槽连接，以相对所述定子机座固定。

一些实施方式中，所述线圈为漆包线，并包括位于绕线槽顶端的第一线段和位于绕线槽底端的第二线段，所述第一线段和第二线段电流方向相反，且受所述磁铁磁场的安培力的大小和方向相同。

一些实施方式中，所述转盘包括安装槽，该安装槽沿所述转盘的旋转周向等间隔设置，所述磁铁嵌设于安装槽内。

一些实施方式中，所述转子还包括连接部，所述连接部位于所述转盘之间，并与转盘固定连接。

一些实施方式中，所述固定体中部设有圆孔；所述定子还包括轴承，该轴承位于圆孔内侧，所述转子的连接部套设于轴承中，所述转子通过轴承与固定体活动连接。

一些实施方式中，还包括连接轮，所述连接轮与所述转盘连接。

一些实施方式中，所述铁芯为硅钢片制成的环形层状铁芯，其表面涂有薄层绝缘漆或绝缘氧化物。

一些实施方式中，所述阻力装置还包括与转盘连接的从动轮，所述卷线装置还包括：

卷线轴，其连接于所述外壳上，并用于转动套设所述卷线轮；

主动轮，其套设于卷线轴上，并与所述卷线轮同步转动，且与所述从动轮传动连接；

复位卷簧，其与所述卷线轮连接且驱动所述卷线轮复位；

单向轴承，其包括内圈和可相对内圈单向运动的外圈，所述内圈与主动轮传动连接，所述外圈套接卷线轮上；

拉动所述拉线驱动所述卷线轮正向旋转，带动所述主动轮正向旋转，所述从动轮随所述主动轮旋转带动转盘旋转；松开所述拉线，所述复位卷簧驱动所述卷线轮反向旋转复位，所述主动轮不旋转。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型提供的力量训练器，具备以下有益效果：

(1)本申请的阻力装置为安培力电机，该电机通过线圈骨架、线圈、铁芯和固定体形成定子，通过转盘、磁铁和磁轭形成转子，定子和转子的结构层叠设置，不仅极大的缩小了电机的纵向体积，更好的满足该力量训练器轻薄的设计和有限的空间装配；同时，定子与转子之间形成的轴向磁场与转子所受安培力始终垂直，从而保证了电机运行的平稳性。

(2)该力量训练器阻力装置的转子转盘设置有两个以上，磁铁安装在转盘上，且同一转盘上间隔设置有磁极朝向相反的若干磁铁，一对磁铁的相对端的极性相同，将线圈置于轴向磁场中，漆包线在绕线槽内径向绕设，使第一线段和第二线段能够沿径向设置，使线圈上电流方向I相反的两部分分别受两个磁场作用而产生大小和方向相同的安培力，进而使线圈在同一方向所受的安培力为双倍，该安培力做负功使动能转化为电能，同时又可通过消耗该电能，调整阻力装置的阻力输出，通过用户运动产生的机械能转化为产品的电能进而循环利用为产品提供阻力输出，实现产品节能环保的功能。

(3)阻力装置所采用的铁芯结构与传统永磁电机的铁芯不同，其结构为导磁材料制成的环形层状/块状铁芯，不存在齿槽结构，因此铁芯与磁铁之间的相互作用力始终不变，不存在齿槽效应，因此，本力量训练器在使用过程中，用户拉动卷线装置的频率约1-3秒/次，此时阻力装置处于低转速的情况下，也可保证电机运行平稳，无顿挫感，提升用户使用的体验感。

(4)本力量训练器采用的阻力装置通过改变电流的大小，即可精准且线性的调节阻力大小，控制更加简单，进而降低了数字化健身力量训练器的制造难度和制作成本。

(5)本力量训练器采用的阻力装置为安培力电机，该安培力电机的铁芯为导磁材料制成的环形层状式铁芯，当磁通穿过铁芯的狭窄截面时，涡流被限制在沿各层中的一些狭小回路流过，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，再由于这种材料的电阻率大，这样就可以显著地减小涡流损耗，避免设备使用过程中的过度发热导致设备故障停机的问题，同时也可提高能量转化的效率。

附图说明

图1为实施例中力量训练器的立体图；

图2为实施例中力量训练器的内部结构立体图；

图3为图2的俯视图；

图4为实施例中阻力装置的立体图；

图5为实施例中阻力装置的俯视图；

图6为图5中A截面的剖面立体图；

图7为实施例中阻力装置的爆炸视图；

图8为实施例中定子的爆炸视图；

图9为实施例中转子的爆炸视图；

图10为实施例中线圈与磁铁磁场作用的示意图；

图11为实施例中卷线装置的俯视图；

图12为图11中C截面的示意图。

附图标记：安装载体1、卷线装置2、阻力装置3、外壳21、卷线轮22、拉绳23、卷线轴24、主动轮25、复位卷簧26、单向轴承27、固定体31、定子32、转子33、内圈271、外圈272、线圈绕组320、线圈支架321、线圈322、铁芯323、轴承324、转盘331、磁铁332、磁轭333、连接部334、从动轮335、支架主体3211、卡块3212、绕线槽3213、第一线段3201、第二线段3202、安装槽3310。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

现有力量训练器因电机齿槽转矩较大而操作不够顺畅，且无法通过电流精准控制输出的问题。

为解决上述问题，参阅图1至图9所示，本实施例提供一种力量训练器，包括安装载体1、卷线装置2和阻力装置3。卷线装置和阻力装置的数量可以根据锻炼项目设定，如该力量训练器为平板训练器时，卷线装置2和阻力装置3的数量分别为两个，且形成两组锻炼装置，锻炼者可以双手可以各操作一组锻炼装置进行锻炼。

上述安装载体1可以是力量训练器的机壳或机架，其结构可以根据锻炼项目的需要设置，如将安装载体1设置为平板状，使该力量训练器成为平板训练器。

卷线装置2，设置于安装载体1内，并包括外壳21、转动连接于外壳21上的卷线轮22及绕设于卷线轮22上的拉绳23。

上述卷线装置2通过拉绳23拉动卷线轮22相对外壳21转动，锻炼者通过拉绳23控制力量训练器，其中，拉绳23也可以是柔性的拉带或拉线。

阻力装置3，包括：包括：定子32和转子33。

定子32包括：固定体31、线圈支架321、线圈322和铁芯323。

固定体设置于线圈支架外部，固定体31用于固定安装定子32，作为定子的机座。

线圈支架321与固定体31固定连接。

上述线圈支架321用于安装线圈322和铁芯323，并将线圈322和铁芯323隔开，线圈支架321可以是绝缘材料制成的支架，也可以是涂覆在铁芯23外围的绝缘涂层。

线圈322沿铁芯323的径向方向绕设于线圈支架321外表面，形成线圈绕组320。

铁芯323为环形铁芯，设置于线圈支架321内部。

为了降低铁芯323和永磁体之间的齿槽转矩，减少涡流损耗，铁芯323可以是导磁材料制成的环形、叠层结构；其中，线圈支架321可以是分体结构，并且分体之间形成容置铁芯323的空腔，这样线圈支架321打开后即可将铁芯323安装在内部。

转子33包括：转盘331和磁铁332。

转盘331数量至少为两个，并分别位于定子32轴向两端，转盘331之间相对平行且固定。

上述转盘331用于安装磁铁332，并连接阻力装置3的输出端；定子32位于转盘331之间，转盘331之间可以通过连接件相对固定以同步转动；转盘331的材质需要满足质量较轻且具有足够的结构强度，如选用铝材质；转盘331位于定子32轴向使转盘331上磁铁332的磁感线能够垂直作用于线圈上。

磁铁332设置于转盘331的圆周上，同一转盘331上间隔设置有磁极朝向相反的若干磁铁332，两个转盘上的磁铁332之间相对轴向设置，且一对磁铁332的相对端的极性相同。

结合图6和图7所示，图7为实施例中线圈与磁铁磁场作用的示意图，上述磁铁332可以是钕铁硼磁铁332，用于形成作用于线圈绕组320的磁场，同一转盘331上的相邻磁铁332之间磁极朝向相反，即该转盘331上的磁铁332朝向另一转盘331的一端极性依次为N、S、N、S、N...；一对磁铁332的相对端的极性相同使磁铁332之间形成的磁场以铁芯323为中心对称设置，同时使线圈绕组320上电流方向I相反的两部分分别受两个磁铁332作用而产生大小和方向相同的安培力；转盘331的圆周是指以转盘331旋转中心为圆心的圆形轨迹；磁铁332可以通过粘接或嵌设等方式安装在转盘331上。

其中，定子32与转子33之间形成轴向磁场。

上述转子33还可以包括磁轭333，磁轭333设置于转盘331上，并位于磁铁332背离定子32一侧。

上述磁轭333用于辅助磁力线传输，其可以是导磁率比较高的软铁、A3钢以及软磁合金来制造。

以上技术方案的力量训练器使用时，拉绳拉动卷线轮22正向转动，卷线轮22带动转子33转动，转子33与定子间产生安培力，该安培力使拉绳23的拉动具有阻力，从而起到锻炼效果；阻力装置3通过线圈支架321、线圈322和铁芯323形成定子32，通过转盘331、磁铁332和磁轭333形成转子33，其中，磁铁332形成轴向磁场，线圈322绕设在线圈支架321上形成三相线圈320，线圈320位于磁场中部，用户拉力等外部作用力驱动转子33转动时，线圈320切割磁场产生电力。

参阅图8，在线圈支架321与固定体31固定连接的一种实施方式中，固定体31内部形成容置线圈322的环形空腔；线圈支架321包括位于环形空腔内的环形的线圈支架主体3211和沿线圈支架主体3211周向间隔设置的卡块3212，线圈支架321通过卡块3212与卡槽连接，以相对固定体31固定。其中，在实际生产中，上述线圈22还可以通过注塑包胶的方式进行固定。

参阅图10所示，在线圈322形成线圈320绕组的一种实施方式中，卡块3212沿线圈支架主体3211径向设置，且卡块3212之间形成线圈322的绕线槽3213，线圈322包括位于绕线槽3213顶端的第一线段3201和位于绕线槽3213底端的第二线段3202，第一线段3201和第二线段3202电流方向相反，且受磁铁332磁场的安培力的大小和方向相同。其中，第一线段3201和第二线段3202各包括多条线段，以增大安培力。该实施方式下的线圈322在绕线槽3213内绕设，使第一线段3201和第二线段3202能够沿径向设置，进而使线圈20在同一方向所受的安培力为双倍，提高了电能的转化率。

参阅图7所示，在磁铁332与转盘331的一种连接方式中，转盘331包括安装槽3310，安装槽3310沿转盘331的旋转周向等间隔设置，即沿转盘331圆周阵列设置，磁铁332嵌设于安装槽3310内，安装槽3310能够快速定位磁铁332的安装位置和方向，并对磁铁332起到限位作用。可以理解的是，此时磁铁332还可以进一步粘接在安装槽3310内，使磁铁332更加牢固的安装在转盘331上。

参阅图6所示，在转盘331之间相互固定的一种实施方式中，固定体31中部设有圆孔；转子33还包括连接部334，定子32还包括轴承324，轴承324位于圆孔内侧，连接部334位于轴承324内侧并位于转盘331之间，连接部334与转盘331之间通过螺栓固定连接，螺栓沿连接部334周向等间隔设置。该实施方式下的转盘331通过连接部334彼此固定，使转子33形成一体结构，并通过轴承324可相对固定体31转动，减小转动过程中所受摩擦力。

为了方便动力输入，该力量训练器还包括从动轮335，从动轮335与转盘331通过螺栓连接或焊接等方式固定，使从动轮335与转盘331同步转动；可以理解的是，在一些实施例中，从动轮335也可以是连接轴，从动轮335和连接轴用于与外部部件传动连接，输入动力使转子转动。

该力量训练器可以连接用于调节发电机输出功率大小的调节件，以通过调节发电机的力矩，来实现阻力的调整，提高运动效果。具体的，调节件包括微控制器以及发电机输出功率调整模块，微控制器与发电机输出功率调整模块连接，发电机输出功率调整模块与发电机连接，微控制器用于控制发电机输出功率调整模块调整发电机的输出功率，实现阻力的调节。本实施例中，发电机输出功率调整设置为PWM信号占空比调整模块，通过微控制器控制PWM信号占空比调整模块，使得PWM信号占空比调整模块调节发电机正极与负极之间的占空比大小，在电压越大的情况下，发电机内的电磁力矩越大，给拉绳23拉动提供的阻力便越大，提高拉动拉绳23所需要的拉力，反之则减少拉绳23拉力，从而配合传动轮组提供线性变化的阻力，提高运动效果。其中，调节件与蓄电池并联，以通过蓄电池给调节件提供电能使用，方便在发电机不做功发电的情况下，对发电机提供的阻力进行调整。

参阅图11和图12所示，在卷线装置2与阻力装置3连接的一种实施方式中，卷线装置2还包括：卷线轴24、主动轮25、复位卷簧26和单向轴承27。

卷线轴24，其连接于外壳21上，并用于转动套设卷线轮22；卷线轴24可以轴向固定于外壳21上，并可相对外壳21周向转动。

主动轮25，其套设于卷线轴24上，并与卷线轮22同步转动，且与从动轮335传动连接；主动轮25可以与卷线轮22通过键连接实现周向固定，进而实现同步转动；主动轮25和从动轮335之间可以通过皮带连接或通过齿纹配合，实现传动连接。

复位卷簧26，其与卷线轮22连接且驱动卷线轮22复位；复位卷簧26一端与卷线轮22连接，另一端可以相对固定体固定。

单向轴承27，其包括内圈271和可相对内圈271单向运动的外圈272，内圈271与主动轮25可以通过键连接等方式传动连接，实现同步转动，外圈272套接卷线轮22上，并通过紧连接或键连接等方式与卷线轮22同步转动。

该实施方式下的卷线装置2工作时，拉动拉线驱动卷线轮22正向旋转，带动主动轮25正向旋转，从动轮335随主动轮25旋转带动阻力装置3的转子旋转；松开拉线，复位卷簧26驱动卷线轮22反向旋转复位，主动轮25不旋转，阻力装置3的转子不会转动。

可以理解的是，该力量训练器还可以增设喇叭、调节旋钮等部件，分别用于播放系统语音和调节阻力装置3的功率。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解为在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种力量训练器，其特征在于，包括：

安装载体；

卷线装置，设置于所述安装载体内，并包括外壳、转动连接于外壳上的卷线轮及绕设于卷线轮上的拉绳；

阻力装置，包括：

定子，该定子包括：铁芯、线圈支架、线圈和固定体，所述铁芯为环形铁芯，设置于线圈支架内部，所述线圈沿铁芯的径向方向绕设于线圈支架外表面，所述固定体设置于线圈支架外部；

转子，该转子包括：转盘和磁铁，所述转盘数量至少为两个，并分别位于所述定子轴向两端，转盘之间相对平行且固定，所述磁铁设置于所述转盘的圆周上，同一所述转盘上间隔设置有磁极朝向相反的若干磁铁，两个所述转盘上的磁铁之间相对轴向设置，且一对磁铁的相对端的极性相同；

所述定子与转子之间形成轴向磁场。

2.根据权利要求1所述的力量训练器，其特征在于，所述转子还包括磁轭，所述磁轭设置于转盘上，并位于所述磁铁背离定子一侧。

3.根据权利要求1所述的力量训练器，其特征在于，所述线圈支架上设置有卡块，所述卡块沿线圈支架径向设置，且所述卡块之间形成绕线槽，所述的线圈绕设于绕线槽中。

4.根据权利要求1所述的力量训练器，其特征在于，所述线圈为漆包线，并包括位于绕线槽顶端的第一线段和位于绕线槽底端的第二线段，所述第一线段和第二线段电流方向相反，且受所述磁铁磁场的安培力的大小和方向相同。

5.根据权利要求1所述的力量训练器，其特征在于，所述转盘包括安装槽，该安装槽沿所述转盘的旋转周向等间隔设置，所述磁铁嵌设于安装槽内。

6.根据权利要求1所述的力量训练器，其特征在于，所述转子还包括连接部，所述连接部位于所述转盘之间，并与转盘固定连接。

7.根据权利要求1所述的力量训练器，其特征在于，所述铁芯为导磁材料制成的环形层状铁芯。

8.根据权利要求1所述的力量训练器，其特征在于，所述阻力装置还包括与转盘连接的从动轮，所述卷线装置还包括：

卷线轴，其连接于所述外壳上，并用于转动套设所述卷线轮；

主动轮，其套设于卷线轴上，并与所述卷线轮同步转动，且与所述从动轮传动连接；

复位卷簧，其与所述卷线轮连接且驱动所述卷线轮复位；

单向轴承，其包括内圈和可相对内圈单向运动的外圈，所述内圈与主动轮传动连接，所述外圈套接卷线轮上；

拉动拉线驱动所述卷线轮正向旋转，带动所述主动轮正向旋转，所述从动轮随所述主动轮旋转带动转盘旋转；松开所述拉线，所述复位卷簧驱动所述卷线轮反向旋转复位，所述主动轮不旋转。

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